淺析現(xiàn)代設(shè)計理論和方法在煤礦機械設(shè)計中的應(yīng)用研究

朱黎明

摘 要：現(xiàn)代設(shè)計理論與方法相比傳統(tǒng)設(shè)計具有更高的科學性、先進性與可靠性，在煤礦機械設(shè)計中融入現(xiàn)代設(shè)計具有重要意義。本文在簡要闡述現(xiàn)代設(shè)計內(nèi)涵的基礎(chǔ)上具體分析了現(xiàn)代設(shè)計中的計算機輔助設(shè)計、優(yōu)化設(shè)計、有限元法設(shè)計等方法，希望為煤礦機械設(shè)計更好的發(fā)展提供一定幫助。

關(guān)鍵詞：現(xiàn)代設(shè)計 煤礦 機械設(shè)計

0引言

煤礦機械是現(xiàn)代機械設(shè)備中的重要構(gòu)成部分，煤礦開采在社會經(jīng)濟中發(fā)揮的基礎(chǔ)性作用無法替代，煤礦機械的設(shè)計效率與設(shè)計水平直接決定了礦山開采行業(yè)的發(fā)展。目前我國的煤礦機械設(shè)計中存在的單一、僵化的問題十分普遍，煤礦機械設(shè)計中急需采用現(xiàn)代設(shè)計理念與方法，從而提升煤礦機械設(shè)計水平，使煤礦企業(yè)更好的滿足礦產(chǎn)開采的實際需求。

1現(xiàn)代設(shè)計理論與方法概述

機械設(shè)計作為最重要的基礎(chǔ)工藝設(shè)計形式之一，其效率和質(zhì)量直接影響社會經(jīng)濟的發(fā)展水平。傳統(tǒng)機械設(shè)計的主觀性和延續(xù)性較強，限制了設(shè)計活動的效率提升。現(xiàn)代機械設(shè)計是設(shè)計領(lǐng)域的一項巨大革新，它突破傳統(tǒng)的設(shè)計理念，將以往設(shè)計的沿襲性和經(jīng)驗性轉(zhuǎn)變?yōu)楦叩倪壿嬓浴⒗硇耘c系統(tǒng)性?，F(xiàn)代設(shè)計更為深刻的體現(xiàn)了機械設(shè)計的內(nèi)涵，它以市場和需求為主導，能有效提升設(shè)計的實用性、合理性與規(guī)范性。

2煤礦機械設(shè)計中應(yīng)用現(xiàn)代設(shè)計的必要性

礦產(chǎn)資源的有限性決定了對礦產(chǎn)資源的開發(fā)和利用必須具備更高的科學性與合理性。隨著經(jīng)濟活動范圍的開展與工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實際需求的提升，對礦產(chǎn)資源的挖掘和開發(fā)成為了關(guān)乎國民經(jīng)濟發(fā)展的一項重要任務(wù)。礦產(chǎn)開發(fā)工作正日益朝著生態(tài)性、環(huán)保性以及可持續(xù)的方向發(fā)展，這對煤礦機械設(shè)備提出了更高要求，煤礦機械設(shè)計不僅要滿足現(xiàn)代礦山開采與企業(yè)自身發(fā)展的需求，更應(yīng)適應(yīng)當今社會的經(jīng)濟發(fā)展模式與可持續(xù)發(fā)展形勢。傳統(tǒng)設(shè)計理念與設(shè)計方法急需得到改進和更新，基于此背景，煤礦機械設(shè)計中引進先進的現(xiàn)代設(shè)計方法是必然的發(fā)展趨勢。

3現(xiàn)代設(shè)計在煤礦機械設(shè)計中的應(yīng)用

3.1計算機輔助設(shè)計

計算機輔助設(shè)計即CAD，該技術(shù)依托計算機軟件系統(tǒng)為設(shè)計人員的煤礦機械設(shè)計提供輔助功能，計算機輔助設(shè)計帶來的便利性是其他技術(shù)無法替代的，并且該技術(shù)令煤礦機械的模塊性、并行性和系統(tǒng)性有效提升。其中模塊化設(shè)計指的是利用計算機軟件分區(qū)設(shè)計煤礦機械，由于模塊通常較為穩(wěn)定，不易變動，從而可以確保機械設(shè)計的高精度，提高工作效率。系統(tǒng)化設(shè)計借助數(shù)學模型，基于以往的試驗數(shù)據(jù)，利用科學的計算方法分析煤礦機械系統(tǒng)的預(yù)期工作水平，通過對實際工作時的機械受力情況與運行情況的準確反映，工作人員可以更加全面的對煤礦機械設(shè)計的全過程進行把握。并行設(shè)計令產(chǎn)品設(shè)計過程與實際運營情況融為一體，減少了設(shè)計不符合實際效果的情況。例如目前煤礦機械設(shè)備上安裝的故障檢測裝置往往只能在投入生產(chǎn)并實際應(yīng)用后才可以發(fā)現(xiàn)故障，而計算機輔助設(shè)計中的并行技術(shù)可以在故障檢測裝置的設(shè)計階段便對其進行系統(tǒng)化分析與設(shè)計，提高機械設(shè)計的實用性和可靠性。

3.2有限元法設(shè)計

有限元是一種求解力學以及其他物理問題的數(shù)值方法，其原理是對有限個單元進行分片插值，針對復(fù)雜的幾何形狀，邊界不規(guī)則或是厚度不均勻的受力對象，有限元法設(shè)計可以有效對其進行受力分析，非線性的材料或是非線性的幾何形狀也可以得到很好的解決。煤礦機械設(shè)備的工作性質(zhì)決定了其面臨復(fù)雜的受力情況，例如電動挖掘機的移動臂以及斗桿等的受力十分復(fù)雜，常規(guī)的力學理論很難完整分析其受力情況，而有限元法設(shè)計可以有效解決受力分析的問題。

3.3優(yōu)化設(shè)計

現(xiàn)代設(shè)計的重要內(nèi)容之一便是實現(xiàn)設(shè)計的優(yōu)化，優(yōu)化設(shè)計充分體現(xiàn)了現(xiàn)代設(shè)計的經(jīng)濟性。優(yōu)化設(shè)計是在保證機械設(shè)備性能與質(zhì)量良好的基礎(chǔ)上令產(chǎn)品的體積盡可能縮小，生產(chǎn)成本盡可能降低，煤礦所需的機械設(shè)備通常體積龐大，投入成本高，根據(jù)相關(guān)研究數(shù)據(jù)，采用優(yōu)化設(shè)計方法可以使煤礦機械設(shè)備的體積和質(zhì)量各自減少12%-15%，從而顯著降低煤礦機械設(shè)備生產(chǎn)成本。

3.4可靠性設(shè)計

煤礦機械設(shè)備的可靠性直接很大程度上由設(shè)計階段的工作水平?jīng)Q定?？煽啃栽O(shè)計的實行首先要明確設(shè)備涉及的定量指標，同時收集零部件數(shù)據(jù)，并基于數(shù)據(jù)構(gòu)建數(shù)學模型對其進行定量計算，通過反復(fù)的分析與驗證確保設(shè)備在實際應(yīng)用中具有高度可靠性。

3.5智能化設(shè)計

現(xiàn)代設(shè)計中的智能化設(shè)計即智能工程，依托不同種類的控制器、傳感器等高科技輔助設(shè)備，令煤礦機械設(shè)備具有較高的自動運作、自行檢測水平。由于煤礦開采挖掘不可避免的具有一定危險性，將智能化設(shè)計運用到煤礦機械設(shè)備中可以在保障生產(chǎn)正常進行的同時提高安全性，減少不必要的人員傷亡或是設(shè)備損失。目前煤礦開采領(lǐng)域中已經(jīng)較為廣泛應(yīng)用的智能機器人以及紅外技術(shù)都是智能工程的體現(xiàn)。

3.6創(chuàng)新環(huán)保設(shè)計

任何設(shè)計都離不開創(chuàng)新這一靈魂，煤礦機械設(shè)備的設(shè)計和生產(chǎn)同樣如此。創(chuàng)新設(shè)計是在可行的已知事物的基礎(chǔ)上借助創(chuàng)造性思維，構(gòu)造前所未有的技術(shù)。創(chuàng)新設(shè)計既可以完善原有設(shè)計的不足之處，更是煤礦產(chǎn)業(yè)發(fā)展與進步的關(guān)鍵。環(huán)保是當今社會發(fā)展極為重要的元素之一，煤礦開采挖掘?qū)Νh(huán)境造成的污染不容忽視，將環(huán)保設(shè)計應(yīng)用到煤礦機械設(shè)備的設(shè)計中是社會發(fā)展的必然趨勢，環(huán)保設(shè)計可以促進機械使用壽命的延長以及使用效率的提高，并且能降低煤礦開采對環(huán)境的

影響。

4現(xiàn)代設(shè)計應(yīng)用于煤礦機械的發(fā)展前景

現(xiàn)代設(shè)計的應(yīng)用需要借助功能強大的計算機軟件與硬件的支持，近年來計算機硬件成本呈現(xiàn)不斷降低的趨勢，諸如工程數(shù)據(jù)庫以及知識庫等軟件的發(fā)展為現(xiàn)代設(shè)計創(chuàng)造了更大的發(fā)展條件。煤礦機械設(shè)備研發(fā)人員應(yīng)重視現(xiàn)代設(shè)計理論知識的掌握與實踐經(jīng)驗的豐富。未來計算機輔助設(shè)計必將實現(xiàn)更為廣泛的應(yīng)用，借助CAD/CAM一體化技術(shù)，煤礦機械設(shè)備在提高技術(shù)效益的同時也可以收獲更高的經(jīng)濟效益。

5結(jié)語

現(xiàn)代機械設(shè)計是提升煤礦機械設(shè)計水平的有效途徑，基于現(xiàn)代設(shè)計理念所涉及的礦山機械能更好的適應(yīng)煤礦開采、企業(yè)自身發(fā)展以及社會經(jīng)濟發(fā)展的實際需求。相關(guān)設(shè)計人員應(yīng)在客觀認識現(xiàn)代設(shè)計的基礎(chǔ)上將其合理的融入到煤礦機械設(shè)計中，使煤礦機械設(shè)備更好的服務(wù)于礦山開采工作。

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